JP2001040412A

JP2001040412A - 溶鋼へのチタン添加方法及びチタン添加材

Info

Publication number: JP2001040412A
Application number: JP21551499A
Authority: JP
Inventors: Kimiharu Yamaguchi; 公治山口; Nagayasu Bessho; 永康別所
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、安価なチタン源であるルチル鉱、高
チタンスラグ等の含酸化チタン物質を溶鋼に投入して、
効率良く溶鋼へチタンを添加可能なチタン添加方法及び
その実施に便利なチタン添加材を提供することを目的と
している。【解決手段】精錬容器に保持した溶鋼にチタンを添加す
るにあたり、酸化チタン含有物質、金属アルミニウム含
有物質及び酸化カルシウムもしくは水酸化カルシウム含
有物質を混合してから、前記溶鋼又はその上に存在する
スラグに投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼へのチタン添
加方法及びチタン添加材に係わり、特に、ＲＨ、ＶＯＤ
等の真空精錬装置を用いる所謂「二次精錬」において、
溶鋼へチタンを添加する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】チタンは、炭素、窒素等と親和性が高い
元素である。そのため、鋼中にチタンが存在すると、鋼
中の炭素、窒素を炭化物や窒化物の形態で固定し、該鋼
で製造した鋼板の加工性を向上させたり、鋼板がフェラ
イト系ステンレス鋼の場合には、その耐食性を向上させ
るので、極低炭素鋼等の各種鉄鋼材料、ステンレス鋼等
の合金鋼材料には、必須の添加元素である。従って、こ
れら材料を溶製するに際しては、溶鋼中にチタンを添加
させる必要がある。チタン源としては、通常、フェロチ
タン（合金鉄：特開昭５９−２５９５３号公報参照）や
スポンジチタン（特開昭４８−８０４２３９号公報参
照）等の金属チタン源が用いられるが、チタンは、酸素
とも親和性が高いので、転炉精錬時ではなく、その後に
行なわれる真空脱ガス処理、取鍋精錬等の所謂「二次精
錬」工程で投入されることが多い。つまり、ＶＯＤ方
式，ＲＨ方式の真空脱ガス槽内や取鍋内にある溶鋼を、
脱酸力の強いアルミ等で予め脱酸した後に、金属チタン
源を溶鋼に投入し、歩留（投入したチタン量の溶鋼中に
留まる割合）の低下を防止するのが一般的である。ここ
で用いられるフェロチタン等の金属チタン源は、元々、
酸化チタン原料を塩化物として精製し、これをさらにマ
グネシウムで還元するクロール法という複雑な工程を経
て製造されるスポンジチタンを経て金属チタンとするも
のであり、高価なものである。従って、チタン源に金属
チタン源を用いたのでは、精錬コストが高くなるという
難点があった。

【０００３】一方、チタン源としては、もっと安価なも
のも考えられる。例えば、ルチル鉱、高チタンスラグ等
の含チタン酸化物原料は、比較的ＴｉＯ₂濃度の高いも
のでも、前記金属チタンと比較すると、大幅に安価であ
る。しかしながら、それらを金属チタンに代えて使用し
ても、後述のように、限られた精錬時間内で溶鋼中に目
標量のチタンを添加できない。つまり、添加効率が低く
て、実用できなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、安価なチタン源であるルチル鉱、高チタンスラ
グ等の含酸化チタン物質を溶鋼に投入して、効率良く溶
鋼へチタンを添加可能なチタン添加方法及びその実施に
便利なチタン添加材を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化し
た。

【０００６】すなわち、本発明は、精錬容器に保持した
溶鋼にチタンを添加するにあたり、酸化チタン含有物
質、金属アルミニウム含有物質及び酸化カルシウムもし
くは水酸化カルシウム含有物質を混合してから、前記溶
鋼又はその上に存在するスラグに投入することを特徴と
する溶鋼へのチタン添加方法である。

【０００７】また、本発明は、前記混合で形成される物
質が、酸化チタンを２０〜８０質量％、金属アルミニウ
ムを１０〜４０質量％、酸化カルシウムもしくは水酸化
カルシウムを酸化カルシウム換算で１０〜４０質量％含
有することを特徴とする溶鋼へのチタン添加方法であ
る。

【０００８】さらに、本発明は、酸化チタン含有物質
と、金属アルミニウム含有物質と、酸化カルシウムもし
くは水酸化カルシウム含有物質との混合物が、塊状に加
圧成形されたことを特徴とする溶鋼へのチタン添加材で
ある。

【０００９】加えて、本発明は、前記混合物が、酸化チ
タンを２０〜８０質量％、金属アルミニウムを１０〜４
０質量％、酸化カルシウムもしくは水酸化カルシウムを
酸化カルシウム換算で１０〜４０質量％含有することを
特徴とする溶鋼へのチタン添加材である。

【００１０】さらに加えて、本発明は、前記酸化チタン
含有物質をチタン鉱石、前記金属アルミニウム含有物質
を、アルミ缶スクラップの破砕屑、アルミ切削屑あるい
はアルミ精錬スラグ（アルミ滓）とすることを特徴とす
る溶鋼へのチタン添加方法又はチタン添加材である本発
明では、安価な酸化チタンを含むチタン源を用いると共
に、該酸化チタンの還元剤や他の物質を一緒に混合して
から溶鋼へ投入するようにしたので、溶鋼へのチタンの
添加が、従来に比べて安価に、しかも効率良く行なえる
ようになる。ここで、チタンの添加とは、溶鋼中への溶
解、凝固後の固溶を意味する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明をなすに至った経緯
も交え、本発明の実施の形態を説明する。

【００１２】熱力学的には、溶鋼に酸化チタンを投入し
て、下記（１）式に示す反応で溶鋼中に予め存在するア
ルミニウムによってチタン酸化物を還元し、チタンを溶
鋼中に添加することは可能である。この場合、精錬温度
は通常１６００℃程度であり、且つスラグ中のＴｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃からなる酸化物相は固体であり、それぞ
れの活量はある程度高いので、平衡論的には鋼中のアル
ミニウム濃度（［％Ａｌ］）が０．０１重量％程度であ
っても、鋼中のチタン濃度（［％Ｔｉ］）は０．２重量
％程度までにはなると考えられる。

【００１３】ＴｉＯ₂＋４／３Ａｌ＝Ｔｉ＋２／３Ａｌ₂Ｏ₃ …（１）実際に、ＲＨ方式の真空脱ガス槽内において、粉状のル
チル鉱（９５％ＴｉＯ ₂）をそのまま該脱ガス槽内の溶
鋼に投入しても、投入したＴｉＯ₂量の２０重量％程度
は、鋼中のＡｌにより還元されて溶鋼に溶解するが、反
応効率は低く、明らかに経済的でなかった。（１）式の
反応は、発熱反応ではあるが、その発熱量は小さく、チ
タン源からのＴｉＯ₂と反応生成物のＡ₂ｌ２Ｏ₃からな
る固体酸化物相（スラグ）をほぼ溶鋼温度にまで加熱で
きても、それらを溶融させるほどには高熱にできない。
そのため、該固体酸化物相中でのＴｉＯ₂の反応界面へ
の拡散速度が遅く、前記脱ガス槽内での短い滞留時間で
は、反応が十分に進行しなかったものと考えられる。

【００１４】また、ＶＯＤ方式の真空脱ガス槽を用いる
場合のように、溶融スラグが共存する条件下で酸化チタ
ンを添加するには、酸化チタンは直ちにスラグ中に溶解
するので、上記のような反応遅滞の問題は起きない。し
かしながら、溶融スラグ中の酸化チタンの還元は、酸化
マンガン、酸化シリコン等の還元がよりされ易い酸化物
が十分に還元された後に、進行するので、還元処理に長
時間を要するという別の問題がある。さらに、溶融スラ
グ中では、酸化チタンの活量が低下するため、還元効率
及びチタン歩留が低下するという問題もあった。スラグ
中の酸化チタン濃度が大幅に上昇すると、耐火物の溶損
量が増加する等の問題が顕在化するため、このような還
元効率の低い方法では、溶鋼中のチタン濃度を十分に上
昇できなかった。

【００１５】そこで、発明者は、酸化チタン含有物質を
用いても、もっと効率良く溶鋼へチタンを添加できる方
法について検討を重ね、以下に説明するような方法を発
明するに至った。

【００１６】すなわち、元来粉状であるルチル鉱等の酸
化チタン含有物質を溶鋼へ投入する際に、同時にアルミ
滓やアルミ切削屑、アルミ缶スクラップの破砕屑等の金
属アルミニウム含有物質及び酸化カルシウム含有物質
（水酸化カルシウム含有物質を含む）を混合するように
した。

【００１７】このようにした理由は、酸化カルシウムを
含む物質を混合すると、酸化チタン及び反応生成物であ
るアルミナからなる固体酸化物相が低融点となって、多
量の液相酸化物が生成して、これら酸化物相中の物質移
動が促進されるからである。また、粉状あるいは粒状の
金属アルミニウム含有物質を混合すると、酸化チタンの
還元剤であるアルミニウムの濃度が局所的に高濃度とな
り、前記（１）式で還元駆動力が高まり、酸化物相中の
酸化チタン濃度が十分低下するまで、還元が進行する相
乗効果もあるからである。

【００１８】一般に、還元剤である金属アルミニウム含
有物質の量は、理論上、多いほど効率良く酸化チタンを
還元可能だが、製品成分の制約があるため、最終的に目
標成分を得られるように、経験的にアルミニウムの混合
比率を決定することになる。仮に酸化チタンの全量を完
全に還元するには、酸化チタンと化学量論的に当量の金
属アルミニウムとの重量比は１：０．４５であり、これ
が一応の目安となる。しかし、本発明のように金属アル
ミニウム含有物質を同時に投入する場合には、さらに金
属アルミニウムの混合比を増大しても良い。一方、平衡
論的にスラグ中への酸化チタンのロスが大量に見込まれ
る場合等には、酸化チタンの混合比を増大しても良い。
発明者の研究によれば、投入物質全体で金属アルミニウ
ムは１０〜４０質量％あるのが好適であり、これより少
ない量では、酸化チタンの還元効率が低く、またこれよ
り多い量としても還元効率の向上効果は小さいことが判
明している。

【００１９】次に、酸化カルシウム含有物質としては、
投入物質全体中の酸化カルシウム量が１０〜４０質量％
となるように混合するのが好適である。これより酸化カ
ルシウムの混合比が低い場合には、液相酸化物（スラ
グ）の生成量が不十分で酸化チタンの還元効率が低下す
る。また、これより酸化カルシウムの混合比が高い場合
には、液相酸化物の量が増大し、該酸化物相中に酸化チ
タンが少量残留しているので、徐々に未還元の酸化チタ
ン量が増大し、還元効率が低下するからである。

【００２０】一方、本発明を適用する対象鋼種は主に極
低炭素鋼であることから、投入物質中の炭素及び窒素の
量を極力低下する必要がある。また、酸化鉄、酸化マン
ガン、酸化シリコン等のアルミニウムで還元され易い酸
化物も、アルミニウムコストの低減及び溶鋼成分を制約
する観点から少ないことが望ましい。つまり、本発明で
は、溶製する溶鋼の用途、溶製コスト及び溶鋼が許容で
きる不純物濃度に応じて、チタン鉱石やチタン精錬スラ
グ等の酸化チタン含有物質、アルミ滓やアルミ切削屑、
アルミ缶スクラップの破砕屑等の金属アルミニウム含有
物質及び酸化カルシウム含有物質を適宜選択して、使い
分けることになる。

【００２１】本発明を具体的に実施する際、還元反応を
迅速に進行させるには、前記酸化チタン含有物質、金属
アルミニウム含有物質、酸化カルシウム含有物質等の粒
子をある程度細かくする（例えば、２ｍｍ以下程度）こ
とが望ましい。しかし、通常の精錬装置に配置されてい
る原料投入装置では、そのような粉粒状物質を同時に処
理することが難しい。そこで、発明者は、予め上記の投
入物質を総て混合し、塊状としてから使用することを考
えた。つまり、チタン添加材を開発し、それも本発明に
加えたのである。その方が、互いに反応させる物質同士
が接触し、反応に有利だからである。

【００２２】その際、混合した物質を塊状化するには、
上記各種物質の混合物をミキサ等で混練し、所謂「ペレ
ット」にしても良いが、ある大きさの容器（形状は、任
意）内で加圧成形し、所謂「ブリケット」とするのが望
ましい。その方が、所望のサイズ、強度を有する塊状体
が製造できるからである。また、塊状化に際しては、混
合物質同士を結合させるバインダを加えるのが良い。本
発明をなすに当たっては、このバインダについて研究
し、前述のように炭素、窒素、酸化シリコンなどの含有
量が十分低いことが条件となるため、水酸化カルシウム
が好適であることを見出した。水酸化カルシウムは、バ
インダとして結合力を高めるばかりでなく、加熱されて
酸化カルシウムと水蒸気に分解し、他の固体酸化相の滓
化を促進する所謂「焙溶剤」としても機能するからであ
る。また、前記ブリケットの強度を高めるには、バイン
ダとして少量の水ガラスを混合しても良い。さらに、生
成する金属分を低融点化してチタン酸化物の還元効率を
向上すると共に、ブリケットの強度を向上するために、
少量の鉄粉を混合しても良い。

【００２３】また、ＲＨ方式の脱ガス槽内に上記のよう
な物質を混合して大量に添加すると、液相スラグが生成
して精錬容器の内張り耐火物中のマグネシアが溶出し、
脱ガス槽下部の耐火物寿命が低下する傾向にある。これ
を防止するため、本発明では、別途マグネシアを投入物
質全体に、外がけで２〜１０質量％用いることも有効で
ある。

【００２４】

【実施例】３００トン規模の取鍋に溶鋼を収容し、ＲＨ
方式の真空脱ガス槽にセットして、二次精錬を行ない、
目標［％Ｔｉ］が約０．０３重量％の極低炭素溶鋼を溶
製した。その際、溶鋼中へのチタンの添加に、本発明に
係る方法を適用した。

【００２５】まず、上底吹き転炉で溶鋼を［％Ｃ］＝
０．０４重量％程度まで脱炭した後、取鍋に出鋼した。
引き続き、該取鍋をＲＨ脱ガス装置において、真空度約
２トールの下、溶鋼を取鍋−脱ガス槽間で環流させ、
［％Ｃ］＝０．００２重量％程度まで脱炭し、アルミに
よる脱酸を行なった。その後直ちに,本発明に係るチタ
ンの添加方法を実施した。つまり、金属アルミニウムを
溶鋼上に約１．３ｋｇ／ｔ投入して、４分間脱酸処理を
行った後、ブリケット状の本発明に係るチタン添加材を
投入した。そのブリケットは、ルチル鉱（９６重量％Ｔ
ｉＯ₂、粒径＜２５０μｍ）、アルミ缶スクラップの破
砕屑（９７重量％Ａｌ、２５０μｍ〜２ｍｍ）、生石灰
等を表１に示した質量比率で混合して、加圧成形したも
のであり、その重量は、平均約１５ｇ／個である。該ブ
リケットの投入後、溶鋼を４分間撹拌してから試料を採
取し、溶鋼成分を確認した。なお、本発明を実施中の溶
鋼温度は、約１５９０℃であった。

【００２６】かかる実施結果を、本発明例１〜４とし
て、表１に、ブリケット投入４分後における溶鋼中のア
ルミニウム及びチタンの濃度、チタン添加効率（溶鋼中
のチタン質量を、投入したチタン添加材中のチタン質量
で割った値）、及びその時点でのチタン添加コストの平
均値で示す。

【００２７】また、本発明の別の実施例として、上記発
明例１と同じ割合で、ルチル鉱石、生石灰、アルミ缶ス
クラップの破砕屑を混合して粉粒状のままＲＨ真空脱ガ
ス槽内に投入する場合も試み（本発明例５）、表１に同
時に示す。さらに、比較例として、上記のブリケットに
代え、従来通りにフェロチタンを添加した場合（比較例
１）、及び消石灰をブリケットの成形に最低限必要だっ
た５重量％まで低下させて混合した場合（比較例２）、
ブリケットに金属アルミニウムを添加せずに、同量のア
ルミニウムを予め溶鋼に添加しておいた場合（比較例
３）等も、同じく表１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より、本発明に係る方法で溶鋼にチタ
ンを添加すると、比較例２及び３に比べて、チタンの添
加効率が非常に良いことが明らかである。また、従来行
なわれていた金属チタンを使用する比較例１は、チタン
添加効率は優れているが、やはりチタン添加コストが高
かった。

【００３０】なお、上記実施例は、本発明をＲＨ方式の
真空脱ガス槽内で極低炭素鋼の精錬に適用した例である
が、本発明は、それに限定されるものではなく、ＶＯＤ
方式の真空脱ガス槽、あるいは各種の取鍋精錬等におい
ても適用できるものである。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、安価
な酸化チタン含有物質を利用しても、効率良く溶鋼中に
チタンを添加することが可能になる。その結果、チタン
含有溶鋼の製造コストを従来より大幅に低減できた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】精錬容器に保持した溶鋼にチタンを添加
するにあたり、酸化チタン含有物質、金属アルミニウム含有物質及び酸
化カルシウムもしくは水酸化カルシウム含有物質を混合
してから、前記溶鋼又はその上に存在するスラグに投入
することを特徴とする溶鋼へのチタン添加方法。
【請求項２】前記混合で形成される物質が、酸化チタ
ンを２０〜８０質量％、金属アルミニウムを１０〜４０
質量％、酸化カルシウムもしくは水酸化カルシウムを酸
化カルシウム換算で１０〜４０質量％含有することを特
徴とする請求項１記載の溶鋼へのチタン添加方法。
【請求項３】酸化チタン含有物質と、金属アルミニウ
ム含有物質と、酸化カルシウムもしくは水酸化カルシウ
ム含有物質との混合物が、塊状に加圧成形されたことを
特徴とする溶鋼へのチタン添加材。
【請求項４】前記混合物が、酸化チタンを２０〜８０
質量％、金属アルミニウムを１０〜４０質量％、酸化カ
ルシウムもしくは水酸化カルシウムを酸化カルシウム換
算で１０〜４０質量％含有することを特徴とする請求項
３記載の溶鋼へのチタン添加材。
【請求項５】前記酸化チタン含有物質をルチル鉱石、
前記金属アルミニウム含有物質を、アルミ缶スクラップ
の破砕屑、アルミ切削屑あるいはアルミ精錬スラグ（ア
ルミ滓）とすることを特徴とする請求項１又は２記載の
溶鋼へのチタン添加方法又は請求項３又は４記載のチタ
ン添加材。